(57)【要約】【課題】管材のスピニング加工方式に関して、加工時間が短く、フレキシブルな成形形状を可能とし、生産効率が向上できる技術を提供する。【解決手段】本スピニング加工方法では、管材１０２と、管材１０２の両端部を保持する一対の治具１０１と、管材１０２を成形するために所定の曲面形状を有するローラ１０３とを含む要素を用い、治具１０１の側面に設けられた円周状の溝部１０４に、管材１０２の両端部の円周部分が嵌め込まれ保持された状態とし、管材１０２を保持した治具１０１を第１軸の周りに回転させ、ローラ１０３を第２軸の周りに回転させ、回転するローラ１０３をＸ方向に移動させ、回転する治具１０１の間の管材１０２の側面に対してローラ１０３の側面を押し当てることで、管材１０２の側面にローラ１０３の側面の曲面形状を転写する工程を有する。【選択図】図３
2013240828.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スピニング加工方法であって、
管材と、前記管材の両端部を保持し回転する一対の治具と、前記管材を成形するために所定の曲面形状を側面に有する回転対称体であるローラと、を含む要素を用い、
前記一対の治具の向かい合う側面にそれぞれ設けられた円周状の溝部に、前記管材の両端部の円周部分が嵌め込まれ保持された状態とし、
前記管材を保持した前記治具を第１軸の周りに回転させ、前記ローラを第２軸の周りに回転させ、前記第１軸及び第２軸の回転の軸方向を同じ第１方向とし、その半径方向を第２方向としたとき、
前記回転するローラを第２方向に移動させ、前記回転する治具の間にある回転する管材の側面に対して外側から当該ローラの側面を押し当てることで、当該管材の側面に当該ローラの側面の曲面形状を転写する工程を有すること、を特徴とするスピニング加工方法。
【請求項２】
請求項１記載のスピニング加工方法において、
前記第１方向における、前記ローラの側面の幅をＰ１とし、前記一対の治具の向かい合う側面の間の前記管材の側面がある部分の距離をＱ１としたとき、その割合であるＰ１／Ｑ１の値が０．９より大きく１．０より小さいこと、を特徴とするスピニング加工方法。
【請求項３】
請求項１記載のスピニング加工方法において、
前記ローラの側面の形状は、前記第１方向の中央で前記第２方向に凹の曲面形状であり、
前記成形後の管材の形状として、前記第２方向で凸の曲面形状となる部分が成形されること、を特徴とするスピニング加工方法。
【請求項４】
請求項１記載のスピニング加工方法において、
前記ローラの側面の形状は、前記第１方向の中央で前記第２方向に凸の曲面形状であり、
前記成形後の管材の形状として、前記第２方向で凹の曲面形状となる部分が成形されること、を特徴とするスピニング加工方法。
【請求項５】
請求項１記載のスピニング加工方法において、
前記治具の側面に設けられた溝部の幅は、
前記管材の端部の厚さと、加工公差とを合わせた長さに設計され、
前記加工公差は、前記管材の端部を前記治具の溝部に嵌め込む際の余裕分、かつ前記回転時に保持する力を考慮して設計されること、を特徴とするスピニング加工方法。
【請求項６】
スピニング加工装置であって、
管材と、前記管材の両端部を保持し回転する一対の治具と、前記管材を成形するために所定の曲面形状を側面に有する回転対称体であるローラと、前記一対の治具を回転駆動させる第１の駆動部と、前記ローラを回転及び移動駆動させる第２の駆動部と、前記第１及び第２の駆動部を制御する制御部と、を有し、
前記一対の治具の向かい合う側面にそれぞれ設けられた円周状の溝部に、前記管材の両端部の円周部分が嵌め込まれ保持される構造であり、
前記管材を保持した前記治具を第１軸の周りに回転させ、前記ローラを第２軸の周りに回転させ、前記第１軸及び第２軸の回転の軸方向を同じ第１方向とし、その半径方向を第２方向としたとき、
前記回転するローラを第２方向に移動させ、前記回転する治具の間にある回転する管材の側面に対して外側から当該ローラの側面を押し当てることで、当該管材の側面に当該ローラの側面の曲面形状を転写すること、を特徴とするスピニング加工装置。
【請求項７】
請求項６記載のスピニング加工装置において、
前記第１方向における、前記ローラの側面の幅をＰ１とし、前記一対の治具の向かい合う側面の間の前記管材の側面がある部分の距離をＱ１としたとき、その割合であるＰ１／Ｑ１の値が０．９より大きく１．０より小さいこと、を特徴とするスピニング加工装置。
【請求項８】
請求項６記載のスピニング加工装置において、
前記ローラの側面の形状は、前記第１方向の中央で前記第２方向に凹の曲面形状であり、
前記成形後の管材の形状として、前記第２方向で凸の曲面形状となる部分が成形されること、を特徴とするスピニング加工装置。
【請求項９】
請求項６記載のスピニング加工装置において、
前記ローラの側面の形状は、前記第１方向の中央で前記第２方向に凸の曲面形状であり、
前記成形後の管材の形状として、前記第２方向で凹の曲面形状となる部分が成形されること、を特徴とするスピニング加工装置。
【請求項１０】
請求項６記載のスピニング加工装置において、
前記ローラの側面の形状は、前記第１方向の中央または第１の位置に対して、左側の形状および直径と、右側の形状および直径とが異なる、非対称形状であり、
前記成形後の管材の形状として、前記第１方向の中央または第１の位置に対して、前記管材の左側に前記ローラの前記左側の形状が転写され、前記管材の右側に前記ローラの右側の形状が転写されることにより、前記管材の前記左側の形状と前記右側の形状とが異なること、を特徴とするスピニング加工装置。
【請求項１１】
請求項６記載のスピニング加工装置において、
前記ローラは、テーパー形状を持つテーパー部を有し、前記テーパー部のテーパー形状は、前記第２方向の幅広部と幅狭部との比が１．００より大きく１．０３より小さい形状であり、前記ローラの前記第１方向の全長に占める前記テーパー部の割合が０．０４より大きく０．２より小さい形状であり、
前記成形後の管材の形状として、前記ローラの前記テーパー部により前記管材に前記第１方向での直線部が成形されること、を特徴とするスピニング加工装置。
【請求項１２】
請求項６記載のスピニング加工装置において、
前記管材は、周径が繋がっている管材、または、周径が繋がらずに当該繋がらない第１方向に延在する領域において第２方向の上部と下部とが分離されている管材であること、を特徴とするスピニング加工装置。
【請求項１３】
請求項６記載のスピニング加工装置において、
前記治具の側面に設けられた溝部の幅は、
前記管材の端部の厚さと、加工公差とを合わせた長さに設計され、
前記加工公差は、前記管材の端部を前記治具の溝部に嵌め込む際の余裕分、かつ前記回転時に保持する力を考慮して設計されること、を特徴とするスピニング加工装置。
【請求項１４】
請求項８記載のスピニング加工装置により成形される、前記管材の成形後の回転対称体である成形部品であり、
前記成形部品の側面における、前記ローラの凹部分が転写されてなる凸部分の厚さが、前記成形前の厚さ以上であること、を特徴とする成形部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スピニング加工などの技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
先行技術例として、特開昭６２−２２７５２０号公報（特許文献１）、特許第３４５５
８９２号公報（特許文献２）などがある。
【０００３】
特許文献１（「ねじれ異形管の製造方法」）には、「管外周面に波形又は多面形の模様が管長手方向にわたって、らせん状と形成されて、これによって、管体がねじれた外観を呈するようにされた、断面異径のねじれテーパー管又は直管を、芯金を用いることなく、製造する方法を提供する」、「中空円筒管材をその両端で保持し、該管材の軸方向に引張力又は圧縮力を加えながら、該管材を回転させるとともに、成形ロールを該管材に押付けながら該管材の軸方向に移動させて該管材を所要形状に成形する方法において、該成形ロールに、その周面が波形状又は多面形状に形成されたロールを使用することを特徴とするねじれ異形管の製造方法。」と記載されている。
【０００４】
特許文献２（「段状回転体の製造方法」）には、軽量で、歪みがなく、同心度に優れ、均一な肉厚を有し、回転バランスが良い段状回転体を製造する旨が記載されている。また、ボス部と、このボス部と一体で、かつこのボス部より大径にした筒状部とからなる段状回転体の製造方法において、薄肉の管状素材を、これの両端部を筒状部ダイに嵌合し、かつ拡径方向に係合すると共に、軸方向に押圧して保持し、この管状素材の軸方向中間部を、上記両筒状部ダイの対向間に設けたボス部ダイに沿うように、成形ロールにて縮径し、ついで、この縮径部分の中間にて軸方向に切断して、上記筒状部ダイに嵌合した部分を筒状部に、またボス部ダイに嵌合した部分をボス部にする旨が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６２−２２７５２０号公報
【特許文献２】特許第３４５５８９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記特許文献１には、円筒状の素管である管材のスピニング加工において、両端が支持（引張力または圧縮力による支持）された管材を回転させるとともに成形ロール（ローラともいう）を管材に押付けながら管材の軸方向ないし長手方向に移動させることで管材を所要形状に成形する方式が記載されている。この方式では、管材の内側ないし芯に配置され管材の外面に所定形状を転写するための金型であるマンドレルを用いることなく、ローラのみでスピニング加工を行う。なお特許文献１に記載のマンドレル（４）は、管材（１）の両端を支持する物として記載されており、上記の管材の内側ないし芯に配置され管材の外面に所定形状を転写するための金型の意味ではない。
【０００７】
しかしながら、特許文献１のような方式では、ローラの移動方向が管材の軸方向ないし長手方向となっているため、加工時間が長くなることにより作業効率が低下する問題がある。
【０００８】
前記特許文献２には、円筒状の素管である管材のスピニング加工において、管材の軸方向の中間部にローラを押付けながらローラを管材の半径方向に移動させることで成形する方式が記載されている。この方式では、ローラの進行方向を管材の半径方向として加工ないし縮径成形するが、マンドレルが導入されている。
【０００９】
そのため、特許文献２のような方式では、成形後、マンドレルから管材を取り外す工程及び作業が必要となることにより、生産効率が低下する問題がある。また、このようにマンドレルを使用する方式の場合、成形後の管材の形状に制約が大きい。例えば、管材の回転軸方向の中央部であるローラが押付けられる部分の直径が管材の両端付近などの他の部分の直径よりも大きくなるような形状での加工はできない。マンドレルから成形後の管材を取り外すことができないか、あるいは成形後の管材の切断などが必要になるためである（後述の図１２等）。
【００１０】
以上を鑑み、本発明の主な目的は、管材のスピニング加工方式に関して、加工時間が短く作業効率が向上でき、フレキシブルな成形加工形状を可能とし、生産効率が向上できる技術を提供することである。特に、上記管材の内側に配置され形状を転写するための金型であるマンドレルを不要とし、ローラを管材の半径方向に移動させる方式とすることで、上記効果が実現できる技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のうち代表的な形態は、管材のスピニング加工方法及び装置などであって、以下に示す構成を有することを特徴とする。
【００１２】
本形態のスピニング加工方法では、管材と、管材の両端部を保持し回転する一対の治具と、管材を成形するために所定の曲面形状を側面に有する回転対称体であるローラと、を含む要素を用いる。管材の内側にはマンドレル等は配置されない。本方法では、一対の治具の向かい合う側面にそれぞれ設けられた円周状の溝部に、管材の両端部の円周部分が嵌め込まれ保持された状態とする。本方法では、管材を保持した治具を第１軸の周りに回転させ、ローラを第２軸の周りに回転させる。第１軸及び第２軸の回転の軸方向を同じ第１方向とし、その半径方向を第２方向とする。本方法では、回転するローラを第２方向に移動させ、回転する治具の間にある回転する管材の側面に対して外側から当該ローラの側面を押し当てることで、当該管材の側面に当該ローラの側面の曲面形状を転写する工程を有する。
【００１３】
また本方法では、例えば、第１方向における、ローラの側面の幅をＰ１とし、一対の治具の向かい合う側面の間の管材の側面がある部分の距離をＱ１としたとき、その割合であるＰ１／Ｑ１の値が０．９より大きく１．０より小さい。
【００１４】
また本方法では、例えば、ローラの側面の形状は、第１方向の中央で第２方向に凹の曲面形状であり、成形後の管材ないし管状の成形部品の形状として、第２方向で凸の曲面形状となる部分が成形される。
【００１５】
また本方法では、例えば、治具の側面に設けられた溝部の幅は、管材の端部の厚さと、加工公差とを合わせた長さに設計され、加工公差は、管材の端部を治具の溝部に嵌め込む際の余裕分、かつ回転時に保持する力を考慮して設計される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のうち代表的な形態によれば、管材のスピニング加工方式に関して、加工時間が短く作業効率が向上でき、フレキシブルな成形加工形状を可能とし、生産効率が向上できる。
【００１７】
特に、ローラの移動方向を素管の半径方向にすることで、作業及び加工の時間の短縮により作業効率が向上できる。また、マンドレルを不要としたスピニング加工が実現でき、マンドレルからの取り外し等が不要となり、生産効率が向上できる。また、ローラの形状に応じて、管材の回転軸方向の中央部の直径がその両側よりも大きくなるような形状などを含むフレキシブルな形状の加工ないし成形が実現でき、また、加工ないし成形の後の素材の厚さも減少しないで済む又は増加する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施の形態のスピニング加工方法及び装置における、管材、治具、及びローラの構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施の形態のスピニング加工装置の全体構成を示す図である。
【図３】本発明の一実施の形態のスピニング加工方法及び装置における、加工状態の概要を示す断面図であり、（Ａ）は加工前、（Ｂ）は加工後を示す。
【図４】管端保持具である治具の構成を示す断面図であり、（Ａ）は治具のＺ−Ｘの断面、（Ｂ）は溝部の拡大、（Ｃ）は溝部に管材の端部が保持された状態を示す。
【図５Ａ】管材の構成を示す斜視図であり、周径が繋がった管材を示す図である。
【図５Ｂ】管材の構成を示す斜視図であり、周径が繋がってない管材を示す図である。
【図６】管材の形状を示す平面図であり、（Ａ）は成形前のＺ−Ｘ平面、（Ｂ）は成形後のＺ−Ｘ平面及びローラを示す。
【図７】ローラの形状を示す平面図である。
【図８】図３のａ−ａ線における管材とローラの回転の構成を示す断面図である。
【図９】本スピニング加工方法における、ローラ幅と治具間距離との割合（Ｐ１／Ｑ１）による、しわ発生及び成形性に及ぼす影響の関係をまとめた結果の図である。
【図１０Ａ】本実施の形態におけるローラの変形例の形状を示す図である。
【図１０Ｂ】本実施の形態におけるローラの変形例の形状を示す図である。
【図１０Ｃ】本実施の形態におけるローラの変形例の形状を示す図である。
【図１０Ｄ】本実施の形態における加工品の形状例を示す図である。
【図１０Ｅ】本実施の形態におけるローラの変形例の形状を示す図である。
【図１０Ｆ】本実施の形態における加工品の形状例を示す図である。
【図１１】従来技術例のプレス加工方式における加工状態を示す断面図であり、（Ａ）は加工前、（Ｂ）は加工後、（Ｃ）は加工後の板材を示す。
【図１２】（Ａ），（Ｂ）は、マンドレルを使用するスピニング加工方式の第１の例の概略を示す断面図である。
【図１３】（Ａ），（Ｂ）は、マンドレルを使用するスピニング加工方式の第２の例の概略を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施の形態であるスピニング加工方法及びスピニング加工装置などを図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部には原則として同一符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００２０】
［（１）管材、治具、ローラ］
図１は、本実施の形態のスピニング加工方法及び装置における、管材１０２、管端保持具である治具１０１、及びローラ１０３の構成を示している。なお説明上の方向として、図示のように、Ｚは回転軸方向、Ｘ，Ｙは半径方向とする。
【００２１】
管材１０２は、言い換えると素管であり、図５等にも示すように中空の円筒形状の金属素材などである。管材１０２の両端である円周は、治具１０１の溝部１０４（図４）により保持ないし拘束される。
【００２２】
一対の管端保持具１０１は、管材１０２をその両端の円周で保持ないし拘束するための治具であり、例えば円柱ないし円盤の形状の金属である。１０１は、同様構成である一方側の１０１ａと他方側の１０１ｂとを有し、それぞれ、後述（図４）のように、管材１０２の端部の円周を全体的に保持ないし拘束するための溝である溝部１０４が設けられている。一対の治具１０１（１０１ａ，１０１ｂ）の間に素管１０２が配置され、端部が溝１０４に嵌め込まれる。
【００２３】
ローラ１０３は、言い換えると成形ロールであり、概略的には円柱形状の回転対称体であり、詳しくはその側面の曲面形状として、図３，図７等にも示すように凹形状である。
【００２４】
管材１０２及び治具１０１は、軸Ｊ１で回転される。ローラ１０３は、軸Ｊ２で回転される。またローラ１０３が４０１の矢印のように管材１０２の半径方向（Ｘ）で移動される。
【００２５】
［（２）スピニング加工装置］
図２は、本実施の形態のスピニング加工方法に対応した本実施の形態のシステムであるスピニング加工装置１０の全体構成を示している。本スピニング加工装置１０で、以降で詳述するように、素管１０２のスピニング加工及びその駆動制御などを行う。本スピニング加工装置１０は、制御部１１、ローラ駆動部１２、回転駆動部１３、軸移動駆動部１４、回転治具２０１ａ，２０１ｂ、ローラ回転治具２０２等を有する構成であり、回転治具２０１ａ，２０１ｂの間に、図１の治具１０１及び素管１０２がセットされ、ローラ回転治具２０２にローラ１０３がセットされる。例えばローラ回転治具２０２の軸２０２ｃが取り外し可能となっており、所望の成形形状に応じた種類のローラ１０３が取り付け及び取り替え可能となっている。
【００２６】
図２の構成例では、回転治具２０１ｂが軸方向（Ｚ）で移動可能な構成である。これにより回転治具２０１ａ，２０１ｂの間に治具１０１及び管材１０２の取り付け及び取り外しが可能となっている。一方の治具１０１ａは一方の回転治具２０１ａに固定され、他方の治具１０１ｂは他方の回転治具２０１ｂに固定される。回転治具２０１ａ及び回転駆動部１３により、治具１０１（１０１ａ，１０１ｂ）及び管材１０２の軸Ｊ１周りの回転が駆動される。
【００２７】
また、ローラ駆動部１２及びローラ回転治具２０２により、ローラ１０３の軸Ｊ２周りの回転、及び移動が駆動される。ローラ１０３に関する移動は少なくともＸ方向の移動を含み、更にＸ，Ｙ，Ｚ方向で自在に移動可能な構成とすることで、より複雑な加工が可能となる。
【００２８】
加工時には、ローラ１０３の回転と共に４０１の矢印のようにローラ１０３を素管１０１の半径方向（Ｘ）に移動させ、治具１０１ａ，１０１ｂ間に有する素管１０２の側面の外面に近付けて押し付ける。これにより、図３（Ｂ）のように、ローラ１０３の側面の形状である凹形状が素管１０２の側面の外面に転写され、所望形状に成形できる。
【００２９】
制御部１１は、上記ローラ駆動部１２、回転駆動部１３、及び軸移動駆動部１４などに制御指示を与え駆動を制御する。なお制御部１１は、ＩＣチップや計算機などの公知技術で構成でき、各駆動部（１２，１３，１４）はモータ等の公知技術で構成できる。各回転治具（２０１ａ，２０１ｂ，２０２）も公知技術で構成できる。
【００３０】
［（３）スピニング加工方法］
図３は、本実施の形態のスピニング加工方法の概要を断面図で示している。図３（Ａ）は加工前の冶具１０１、管材１０２、ローラ１０３を示し、特にローラ１０３が管材１０２に接した状態を示す。図３（Ｂ）はローラ１０３が管材１０２の半径方向（Ｘ）に移動して押し込まれた加工後の管材１０２’の形状・状態を示している。
【００３１】
図３（Ａ）で、向かい合って配置された一対の治具である管端保持具１０１（１０１ａ，１０１ｂ）の間に素管１０２が配置され、各治具１０１の溝部１０４（図４）に、素管１０２の両端部の円周が全体的に嵌め込まれて保持ないし拘束されている。
【００３２】
素管１０２の外側、かつ治具１０１ａ，１０１ｂの間、ａ−ａの線の位置に、ローラ１０３が配置される。ａ−ａの線は、管材１０２及びローラ１０３のＺ方向の中間の位置を示す。Ｐ１は、ローラ１０３の軸方向（Ｚ）の幅ないし長さである。Ｑ１は、軸方向（Ｚ）における治具１０１ａ，１０１ｂの向かい合う面の間の距離、言い換えるとローラ１０３を押し当てることが可能な部分の幅、である。
【００３３】
本方式では、治具１０１、管材１０２、及びローラ１０３の回転駆動と共に、４０１の矢印で示すようにローラ１０３を管材１０２の半径方向（Ｘ）に移動ないし進行させて押し付けることにより、図３（Ａ）から（Ｂ）への変化のように、管材１０２を所望の形状に成形するスピニング加工ができる。
【００３４】
図３（Ｂ）で、ローラ１０３がＸ方向で所定位置まで移動し管材１０２’の側面に押し込まれることにより、管材１０２’の側面にローラ１０３の側面の形状である凹形状が転写されている。成形後の管材１０２’の形状は軸Ｊ１周りの回転対称体となる。なおｋ１は加工後の管材１０２’における凸部分の内径、ｋ２は凹部分の内径である。このように本方式では、管材１０２の内部に配置される金型であるマンドレルを用いずに、また管材１０２の軸方向（Ｚ）でのローラ１０３の移動を不要として、管材１０２のスピニング加工、即ち所望形状の転写ができる。また図示のように管材１０２’の軸方向（Ｚ）の中央であるａ−ａ線の付近で外側に凸形状となるような加工も可能となっている。
【００３５】
［（４）治具］
図４（Ａ）は、治具１０１ａ（なお１０１ｂも同様である）のＺ−Ｘ平面での断面、図４（Ｂ）は溝部１０４を拡大して示している。図４（Ｃ）は溝部１０４に管材１０２の端部である４０６が嵌め込まれて保持された状態を示している。治具１０１ａの一方の側面に、円周状の溝１０４が設けられている。溝１０４は、例えば、金属円盤の面に対して切削加工などで掘られることで設けられる。
【００３６】
溝１０４は、素管１０２（図５，図６）の外径（Ｓ１）及び内径（Ｓ２）と等しい寸法、位置、及び形状で設計されている。なお当該設計は加工公差の設計を含む。溝１０４の外側の円周の面４０４の直径がＳ１と等しく、内側の円周の面４０５の直径がＳ２と等しく、溝１０４の幅ｈ２と管材１０２の厚さｇ１とが同じ（ｈ２≒ｇ１）である。なおこの幅ｈ２と厚さｇ１とが同じ（ｈ２≒ｇ１）である設計は、加工公差を含む。また溝１０４の深さｈ１は、保持ないし嵌め込みする管材１０２の端部である４０６の長さｈ１（図６（Ａ））にあわせて設計されている。
【００３７】
また、治具１０１の側面における溝１０４の角部である端部４０２，４０３には、アールないしテーパー等が設けられて滑らかになっている。また対応して、管材１０２（図５）の円周である両端部４０６も同様にアールないしテーパー等が設けられて滑らかになっている。これにより、治具１０１の溝１０４に管材１０２の端部を嵌め込んで保持する時や成型後に治具１０１から管材１０２を取り外す時、及び保持した状態での加工時に、それらの部分（４０２，４０３，４０６）で接触面が傷つかないように保護ができる。また上記のように角部を滑らかにすることにより、嵌め込みや取り外しの作業がしやすいと共に、成形性も増加する。
【００３８】
また、加工前の作業として、治具１０１の溝１０４に管材１０２の端部が嵌め込まれて保持ないし拘束されるが、この際の作業がしやすいように、かつ、回転を伴う加工時に管材１０２が治具１０１に対して十分に保持され続けるように、管材１０２の厚さｇ１に応じた溝１０４の幅ｈ２や、深さｈ１が、加工交差を含めて設計される。即ち概略的にはｈ２≒ｇ１とするが、例えば溝１０４への端部４０６の嵌め込みがしやすいように、余裕分ｘを考慮し、かつ、回転治具２０１ａ回転により治具１０１および菅材１０２が回転するためその回転時に治具１０１に対し管材１０２が滑らないように保持ないし拘束される力を考慮し、ｈ２＝ｇ１＋ｘ、のように公差を設計する。例えば、板厚１mmに対して公差は１０％以下（０．１mm以下）とする。
【００３９】
なお上記溝１０４と管材１０２の端部との接触面を保護したり保持したりするための他の手段ないし変形例としては、溝１０４と管材１０２の端部４０６との間に所定の保護部材や液剤などを挟むないし介在する方式にしてもよい。この場合はその挟む分を考慮して溝１０４の幅ｈ２などが設計される。また、管材１０２の端部４０６の保護が不要な場合は上記保護手段を設けなくともよい。
【００４０】
本方式では、マンドレルを使用せずに治具１０１で管材１０２の両端を保持するために、円周状の溝１０４によって保持する構造であり、これは、従来技術例である特許文献１のように管材の両端部を保持するための軸方向での引張力または圧縮力などは不要であり、異なる構成である。
【００４１】
［（５）管材］
図５Ａ，図５Ｂ，図６は、素管である管材１０２の構成を示す。図５Ａ，図５Ｂは、加工前の素管１０２の斜視構成、図６（Ａ）は加工前のＺ−Ｘ平面を示し、図６（Ｂ）は加工後の管材１０２’のＺ−Ｘ平面及びローラ１０３を示す。
【００４２】
図５Ａ，図５Ｂ，図６（Ａ）において、円筒状の素管１０２は、例えば、ロール曲げや押し込み、ロール成形などの公知の方式により製作または準備される。図３，図４などに示すように、素管１０２の端部４０６は溝１０４に嵌め込まれて放置されている状態である。そのため、図５Ａに示す周径が溶接などで繋がっている管状の素管１０２、および、図５Ｂに示す周径が繋がっていない管状の素管１０２を用いることが可能となる。
【００４３】
図５Ｂに示す素管１０２は、円周の一部において周径が繋がらない幅方向（Ｚ）に長く延在する領域４０９を有する。この領域４０９において円周の方向（Ｘ）における上部４０７と下部４０８とが分離されている。
【００４４】
図５ＡのＳ１は半径方向（Ｘ）の直径である外径、Ｓ２は内径である。素管１０２の円周の両端部４０６は、図６（Ａ）の幅ｈ１の部分が前述の溝１０４に嵌め込まれる形となり、軸方向（Ｚ）の全体の長さＱ２から両端の幅ｈ１を除いた長さＱ１が前述（図３）の治具１０１間の距離となる。
【００４５】
本方式では、マンドレルを用いずにスピニング加工を行うことが１つの特徴である。そのため、前述のように素管１０２の外径Ｓ１及び内径Ｓ２と等しい寸法にあわせて設計された溝１０４が治具１０１に設けられ、溝１０４に素管１０２の両端部４０６を隙間無く嵌め込む構造である。これにより、溝１０４に素管１０２の端部が十分な力で保持ないし固定され、治具１０１の回転と共に素管１０２が回転する方式であり、回転に伴い素管１０２が外れること、ないし治具１０１のみが空回りすることもない。
【００４６】
図６（Ｂ）で、前述の図３（Ｂ）のようにローラ１０３による成形後の管材１０２’の形状として、Ｋ１は、ａ−ａ線に対応した軸方向（Ｚ）の中間の位置Ｍ１である最凸部における管材１０２の直径である外径を示す。Ｋ２は、その位置Ｍ１及び外径Ｋ１の両側にある、軸方向（Ｚ）の両端付近の位置Ｍ２である最凹部における管材１０２の直径である外径である。Ｍ１，Ｋ１は、図７のローラ１０３の形状における最凹部の位置Ｌ１と対応しており、Ｍ２，Ｋ２は、最凸部の位置Ｌ２と対応している。前述の図３（Ｂ）のｋ１，ｋ２は、Ｋ１，Ｋ２に対応した内径を示している。
【００４７】
従来方式における、素管の内部にマンドレルが配置され、マンドレルとローラの間の素管にマンドレル形状及びローラ形状を転写するスピニング加工方式の場合、成形形状の制約が大きい（後述の補足、図１２，図１３）。一方、本実施の形態の方式では、素管１０２の内部にマンドレルを用いることなくスピニング加工を可能とするように工夫した構成であるため、例えばローラ１０３の凹形状に応じて、素管１０２の軸方向（Ｚ）の中央付近の径であるＫ１がその両側の径であるＫ２よりも大きくなるような凸形状の成形も可能となっている。同様に、例えばローラ１０３が凸形状の場合（後述の図１０Ａ）、素管１０２の軸方向（Ｚ）の中央付近の径であるＫ１がその両端の径であるＫ２よりも小さくなるような凹形状の成形も可能である。
【００４８】
また本方式の場合、ローラ１０３の形状に応じて、ａ−ａ線の位置Ｍ１における成形後の管材１０２’の厚さｇ１’は、元の厚さｇ１よりも少し大きくなる効果が得られる。従来のプレス加工方式（図１１）や管材の内部にマンドレルを用いる方式では、成形後の厚さが減少してしまうが、本方式では減少せずに済む。
【００４９】
［（６）ローラ］
図７は、ローラ１０３の形状及び断面をＺ−Ｘ平面で示す。Ｐ１は、ローラ１０３の軸方向（Ｚ）の幅ないし長さ、Ｒ１は、半径方向（Ｘ）の径ないし長さであり、ａ−ａ線に対応した軸方向（Ｚ）の中央である最凹部の位置Ｌ１の直径であり、Ｒ２は、軸方向（Ｚ）の両端付近である最凸部の位置Ｌ２の直径である。Ｒ３は、凹凸の高さないし深さである。位置Ｌ１の凹形状が、前述（図６）の管材１０２の位置Ｍ１に転写されて位置Ｍ１の凸形状となり、位置Ｌ２の凸形状が、管材１０２の位置Ｍ２に転写されて位置Ｍ２の凹形状となる。
【００５０】
ローラ１０３の形状として、各位置（Ｌ１，Ｌ２）の径（Ｒ１，Ｒ２）による凹凸などが設計される。特に各位置（Ｌ１，Ｌ２）の曲率（ｃ１，ｃ２）が異なる形状に設計されたローラ１０３を用いることにより、より複雑な形状の成形も可能である。
【００５１】
図８は、図３のａ−ａの断面での管材１０２とローラ１０３の回転の構成を示す。治具１０１及び管材１０２が軸Ｊ１周りに回転し、ローラ１０３が軸Ｊ２周りに回転する。回転する素管１０２の外側に位置しているローラ１０３が回転と共に４０１の矢印のように素管１０２の半径方向（Ｘ）に移動し、前述（図７）のローラ１０３の凹凸の形状が素管１０２の側面の部分に転写されることにより成形できる。
【００５２】
なお治具１０１は円柱ないし円盤の形状に限らず、中空の円筒ないしリングの形状なども可能である。
【００５３】
なお本実施の形態では所定の形状の１つのローラ１０３を示しているが、これに限らず、複数のローラ１０３を併用してもよい。例えば、同じ形状の複数のローラ１０３を用意し、管材１０２の周りの各方向からそれらのローラ１０３を同時に押し当てるようにしてもよい。また、対象とする管材１０２’ないし製品の成形形状などに応じて、異なる形状で設計された複数種類のローラ１０３を用意して使い分ける形態としてもよい。ローラ１０３の形状の変形例については後述（図１０）している。
【００５４】
［（７）寸法］
図９は、本スピニング加工方法及び装置における、前述（図３）のローラ１０３の幅であるＰ１と治具１０１間の距離であるＱ１との割合であるＰ１／Ｑ１による、しわ発生及び成形性に及ぼす影響の関係を、有限要素解析により検討した結果を示している。治具１０１（１０１ａ，１０１ｂ）間の長さであるＱ１に対するローラ１０３の幅であるＰ１の割合であるＰ１／Ｑ１の値に応じて、望ましくない凹凸などのしわの発生の有無などに影響する。検討の結果、Ｐ１／Ｑ１の値が０．９未満の場合、例えば０．６や０．８の場合は、管材１０２の加工面にしわが発生してしまい、ローラ１０３の形状を素管１０２に正確に又は精度良く転写することはできず、効果的な成形ができなくなる。またＰ１／Ｑ１の値が０．９よりも大きく１．０よりも小さい範囲の場合、例えば０．９や０．９５の場合は、加工面にしわが発生せず、ローラ１０３の形状を素管１０２に正確に又は精度良く転写することができ、効果的な成形が実現できる。上記結果を踏まえ、Ｐ１／Ｑ１の値が０．９より大きく１．０よりも小さくなる範囲となるように、各部の寸法及び形状などを設計した形態とすると好適である。
【００５５】
［作業手順］
本スピニング加工方法及び装置（図２）における加工時の作業手順の例は以下である。
【００５６】
（１）  図２のように、回転治具２０１ａ，２０１ｂに対して、治具１０１及び管材１０２を取り付ける。特に、回転治具２０１ａ側に一方の治具１０１ａを取り付け、治具１０１ａの溝１０４に管材１０２の端部４０６を図１のように取り付ける。また、他方の回転治具２０１ｂ側に他方の治具１０１ｂを取り付ける。軸移動駆動部１４から回転治具２０１ｂを駆動して軸方向（Ｚ）で移動させることにより、治具１０１ｂの溝１０４と管材１０２の他方の端部４０６とを接続する。これにより、図３（Ａ）のように、治具１０１の溝１０４に対して管材１０２がセットないし嵌め込みされて管材１０２が保持ないし拘束された状態にする。
【００５７】
（２）  ローラ回転治具２０２に対して、所望の成形形状に応じた種類のローラ１０３を取り付ける。素管１０２とローラ１０３の軸方向（Ｚ）の中央がａ−ａ線になるように配置する。
【００５８】
（３）  作業者の操作、あるいはＮＣプログラム入力などによる加工開始に伴い、制御部１１から各部（１２，１３，１４）へ制御指示を与える。ローラ駆動部１２によりローラ回転治具２０２を駆動し、ローラ１０３を回転させる。回転駆動部１３により回転治具２０１ａを駆動し、治具１０１及び管材１０２を回転させる。
【００５９】
（４）  ローラ駆動部１２によりローラ回転治具２０２を駆動し、ローラ１０３をＸ方向へ移動ないし進行させ、図３（Ａ）のように素管１０２の側面の外面にローラ１０３を押し付け、図３（Ｂ）のように所定の位置まで押し込むことにより素管１０２を所望の形状に成形する。
【００６０】
（５）  上記所望の形状の成形後、ローラ１０３を元の位置へ戻し、各部の回転を停止させ、本装置から加工後の管材１０２’を取り外す。
【００６１】
［変形例］
図１０Ａ，図１０Ｂは、ローラ１０３の変形例を示す。図１０Ａのローラ１０３ａは、凸形状とした場合である。図１０Ａのローラ１０３ａにより、管材１０２’を凹形状での成形が可能である。図１０Ｂのローラ１０３ｂは、軸方向（Ｚ）で凹形状を２つ並列で設けた場合であり、波形で、中央部では凸形状である。図１０Ｂのローラ１０３ｂにより、管材１０２’を２つ並列の凸形状での成形が可能である。
【００６２】
図１０Ｃは、ローラ１０３の他の変形例の形状を示す。図１０Ｄは、図１０Ｃのローラ１０３による加工品である素管１０２の形状例を示す。図１０Ｅは、ローラ１０３の他の変形例の形状を示す。図１０Ｆは、図１０Ｅのローラ１０３による加工品である素管１０２の形状例を示す。
【００６３】
本実施の形態において使用可能なローラ１０３として、前述の図３に示すように軸方向（Ｚ）の中心の位置であるａ−ａ線に対して左右の形状が同じである対称形状に限らず、ａ−ａ線に対して左右の形状が異なる非対称形状も可能である。
【００６４】
例えば、図１０Ｃに示すローラ１０３は、ａ−ａ線に対して左右の形状が異なる非対称形状である。ａ−ａ線に対応した軸方向（Ｚ）の位置Ｄ５での直径がＢ４である。ａ−ａ線の右側の形状として、軸方向（Ｚ）の位置Ｄ１での直径がＢ３である。また右側の端部である軸方向（Ｚ）の位置Ｄ２での直径がＢ２である。ａ−ａ線の左側の形状として、軸方向（Ｚ）の位置Ｄ３での直径がＢ１である。また左側の端部である軸方向（Ｚ）の位置Ｄ４での直径が同じくＢ１である。直径Ｂ１及び直径Ｂ３よりも直径Ｂ２が小さい。直径Ｂ１よりも直径Ｂ４が小さい。
【００６５】
Ｃ１，Ｃ３，Ｃ４はＺ方向における上記の各部の幅ないし距離を示す。Ｃ１は、一方端である位置Ｄ４から他方端である位置Ｄ２までの幅ないし距離を示す。Ｃ２は、位置Ｄ４から位置Ｄ３までの幅ないし距離を示す。Ｃ３は、位置Ｄ１から位置Ｄ２までの幅ないし距離を示す。
【００６６】
図１０Ｃのローラ１０３における位置Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４は、図１０Ｄの素管１０２の側面の部分の位置Ｄ１１，Ｄ２１，Ｄ３１，Ｄ４１にそれぞれ対応して転写される。これにより、図１０Ｄの素管１０２は、位置Ｃ２１に対して左右の形状が非対称形状に成形できる。なお図１０ＤのＣ１’，Ｃ２’，Ｃ３’は、図１０ＣのＣ１，Ｃ２，Ｃ３に対応した成形後の幅ないし距離を示す。
【００６７】
また図１０Ｅに示す形状のローラ１０３は、図１０Ｆの素管１０２の軸方向（Ｚ）においてＣ２’で示す直線部を形成することができる。図１０Ｅのローラ１０３は、軸方向（Ｚ）におけるＣ２の箇所において位置Ｄ３’から位置Ｄ４’にかけて幅Ｂ１が幅Ｂ５に減少するテーパー形状を持つテーパー部を有する。図１０Ｅのローラ１０３は、Ｃ２の箇所において、位置Ｄ３’に対応した幅広部である幅Ｂ１の直径よりも位置Ｄ４’に対応した幅狭部である幅Ｂ５の直径が小さいテーパー形状を持つテーパー部を有する。幅Ｂ１と幅Ｂ５の差が幅Ｂ６である。
【００６８】
上記テーパー部をローラ１０３に設けることにより、当該ローラ１０３で素管１０２を加工した際の素管１０２の盛り上がりにより、図１０ＦのＣ２’で示す直線部が形成される。Ｃ２’で示す直線部においては、Ｘ方向の径が同じである。
【００６９】
図１０Ｆの素管１０２にＣ２’で示す直線部を形成する際、図１０Ｅのローラ１０３のＣ２の箇所の軸方向（Ｚ）の幅は、ローラ１０３の軸方向（Ｚ）の全長であるＣ１に対して、Ｃ１に占めるＣ２の割合であるＣ２／Ｃ１が、０．０４より大きく０．２より小さいことが望ましい。これにより図１０ＦのＣ２’で示す直線部が良好に形成される。
【００７０】
また上記の良好に直線部を形成するのに特に好適な上記ローラ１０３のテーパー部のテーパー形状は、Ｘ方向の幅の割合、及び幅広部と幅狭部との比である、Ｂ１／Ｂ５が、１より大きく１．０３より小さい形状である。
【００７１】
［効果等］
以上説明したように、本実施の形態のスピニング加工方式では、管材１０２の両端を一対の治具１０１の溝１０４で保持してマンドレルを不要とし、所定の形状のローラ１０３を管材１０２の半径方向（Ｘ）に移動させて押し付けて転写する方式である。マンドレルを使用せずにスピニング加工ができるため、加工前後のマンドレル設置工程及び作業などが無くなり、作業性及び作業効率が向上する。またローラ１０３の移動方向を素管１０２の半径方向（Ｘ）とすることにより、加工時間が短縮でき、生産効率が向上できる。またローラ１０３の形状に応じて、管材１０２の軸方向（Ｚ）の中央付近で凹形状や凸形状とするようなフレキシブルな成形形状も可能であり自由度が高い。
【００７２】
従来方式との比較として、例えば図１１のようなプレス加工方式により複雑形状を加工する場合、加工後に肉厚が減少する。図１１で（Ａ）はプレス前の断面、（Ｂ）はプレス後の断面である。３０１は凹部を持つ台であるプレスダイ、３０２は加工対象及び加工前の素材である板材、３０３は凸形状を持つプレスパンチである。（Ｃ）は、（Ｂ）のプレス後の板材３０２’の断面である。特に（Ｂ），（Ｃ）で、加工後の板材３０２’は、ｂ−ｂ線における４１１で示す厚さ部分であるプレス成形後板厚のように、変形量が大きい部分において肉厚の減少が大きくなる。これに対し、本実施の形態の方式では、マンドレルを用いずに素管１０２の半径方向に変形させる方式であるため、かつ管材の両端である４０６が拘束されているため、管材は長手方向である図６のＺ方向に伸びず半径方向に縮むように変形し、その変形した部分が板厚方向に移動し、肉厚である前述のｇ１が減少しない又は増加する。
【００７３】
［補足］
補足として、図１２は、従来例のスピニング加工方式として、円筒状の管材９０２の内部に、凸形状を持つマンドレル９００が配置され、管材９０２の外側からローラ９０３あるいはヘラを押付けながらスピニング加工あるいはヘラ絞りすることにより、管材９０２に半径方向で凸形状を成形する場合を示す。凸部分の直径ｖ１が他の部分の直径ｖ２よりも大きい。このような方式を考えた場合、成形後の管材９０２’はマンドレル９００に転写した形状となりマンドレル９００から取り外すことができないか、あるいは成形後の管材９０２’の切断などが必要になる。
【００７４】
同様に、図１３は、別の従来例として、管材９０２の内部に、一体物として構成された凹形状のマンドレルが配置され、管材９０２の外側からローラ９０３を押付けながらスピニング加工することにより、管材９０２に凹形状を成形する場合を示す。この場合、凹部分の直径ｗ１が他の部分の直径ｗ２よりも小さい。従って、このような方式の場合も、図１２の場合と同様に、成形後の管材９０２’をマンドレルから取り外すことができないため、一般的には図１３に示したように分割したマンドレル９００ａ，９００ｂを管材９０２の内部に配置し、成形後、マンドレル９００ａ，９００ｂのそれぞれを取り外すことが必要である。なお図１３中のマンドレル９００ａと９００ｂとの間の線はマンドレルの分割面を表している。
【００７５】
半径方向に凸形状や凹形状となる管状部品あるいは凸形状や凹形状を連続的に成形するために、上記例のような方式を考えた場合、管材の内側のマンドレルを取り外すことが難しいか、あるいは、部分的に別々に加工を行わなければならない、言い換えると一挙に成形することができない等、効率が悪く、成形形状の制約が大きい。
【００７６】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明は、管状部品の製造技術などに利用可能である。
【符号の説明】
【００７８】
１０…スピニング加工装置、１１…制御部、１２…ローラ駆動部、１３…回転駆動部、１４…軸移動駆動部、１０１（１０１ａ，１０１ｂ）…管端保持具（治具）、１０２，１０２’… 管材（素管）、１０３…ローラ、１０４…溝（溝部）、２０１（２０１ａ，２０１ｂ）…回転治具、２０２…ローラ回転治具。
【図１】
2013240828.tif 000003
【図２】
2013240828.tif 000004
【図３】
2013240828.tif 000005
【図４】
2013240828.tif 000006
【図５Ａ】
2013240828.tif 000007
【図５Ｂ】
2013240828.tif 000008
【図６】
2013240828.tif 000009
【図７】
2013240828.tif 000010
【図８】
2013240828.tif 000011
【図９】
2013240828.tif 000012
【図１０Ａ】
2013240828.tif 000013
【図１０Ｂ】
2013240828.tif 000014
【図１０Ｃ】
2013240828.tif 000015
【図１０Ｄ】
2013240828.tif 000016
【図１０Ｅ】
2013240828.tif 000017
【図１０Ｆ】
2013240828.tif 000018
【図１１】
2013240828.tif 000019
【図１２】
2013240828.tif 000020
【図１３】
2013240828.tif 000021